Este documento describe una práctica de laboratorio sobre cambios físicos y químicos realizada por estudiantes de la Facultad de Biología de la Universidad Veracruzana. La práctica incluyó experimentos como la combustión del magnesio, la reacción del zinc con ácido clorhídrico y el calentamiento de vidrio, para identificar si los cambios eran físicos o químicos. Al final, los estudiantes concluyeron que es importante distinguir entre cambios físicos y químicos y que ambos tipos

1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE BIOLOGÍA
QUIMICA INORGÁNICA
PRÁCTICA No.4: “CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS”
EQUIPO No.5
Aguilar Acevedo Alexa Sharai
Castro González Jesús Emmanuel
Nativitas Lima Reyes
Perusquía Cabrera Daniela
Sánchez Romero Daniela
Mta. IQ.BERTHA MA. DEL ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ
Fecha de realización de la práctica: 19/09/2012
Fecha de entrega de la práctica: 25/09/2012

2. Universidad Veracruzana
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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE BIOLOGÍA
EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA
PRÁCTICA No. 4
CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS
SUSTENTO TEÓRICO
CAMBIOS FISICOS Y QUIMICOS
Es toda variación física o química que presenta un material, respecto a un estado
inicial y un estado final. Así mediante el cambio se puede establecer las
propiedades o características de la materia, antes y después del cambio.
Por ejemplo, al dejar una barra de hierro a la intemperie durante algún tiempo
(estado inicial), al término de éste se observa un polvo rojizo la cubre, llamado
oxido o herrumbre (estado final). Inmediatamente surge la pregunta ¿Qué ha
ocurrido? Aparentemente ha habido un cambio; ¿Qué es lo que lo ha producido?
Sencillamente el oxigeno del aire húmedo, ha oxidado el material el cual presenta
características diferentes a las del estado inicial, pues da perdido el color y el brillo
característico del metal. ¿Cómo podría catalogarse el cambio ocurrido al objeto en
cuestión?
1. CAMBIOS FÍSICOS
Pueden definirse como aquellos cambios que sufre la materia en su forma, en su
volumen o en su estado, sin alterar su composición o naturaleza. Así, si se calienta
un bloque de hielo a determinada temperatura, este se licua, es decir, pasa al
estado sólido al liquido modificando su forma y volumen pero conservando su
naturaleza, pues antes del cambio se tenía agua solida y después del cambio se
tiene agua líquida; pero si se continua el calentamiento, finalmente se alcanzará la
temperatura de ebullición y el agua pasa al estado de vapor conservándose
inalterable en todos los casos, la composición de ésta.
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3. 2. CAMBIOS QUÍMICOS:
Estos conllevan una variación en la composición de la naturaleza de la materia, es
decir a partir de una porción de material llamada reactivo, se obtiene un material
distinto denominado Producto, por medio de una reacción de una reacción química
y en la cual pueden influir diversos factores tales como la luz, presión, u otras
sustancias reactivas. La formación del oxido de hierro sobre la barra de metal
constituye un caso de cambio químico, puesto que el oxido de hierro (producto) no
es el mismo que el hierro puro (reactivo). (2)
OBJETIVOS
Poder identificar y diferenciar un cambio físico y un cambio químico en las
transformaciones de la materia, mediante la observación al realizar nuestra práctica
en el laboratorio.
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
Con un previo conocimiento de los cambios físicos y químicos de la materia, nos
disponemos a realizar esta práctica en el laboratorio para constatar las diferencias
entre un cambio físico y un cambio químico; observando diferentes reacciones, y
de acuerdo a los resultados obtenidos determinaremos que tipo de cambio sufre
cada uno de nuestros reactivos. Es importante tener en cuenta la naturaleza de las
sustancias a utilizar en nuestra práctica así como sus propiedades para poder
observar los cambios que sufren.
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4. REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
COMBUSTION DEL MAGNESIO
1. Se observo la apariencia de un fragmento de cinta de magnesio.
2. Con ayuda de unas pinzas se expuso a la llama de un bunsen.
3. Se recogió la materia de lo que quedo de la combustión en una cápsula de
porcelana.
REACCION DE DESPLAZAMIENTO
1. En un tubo de ensayo se agregaron 5 ml de la solución sulfato de cobre,
después con mucho cuidado se le deslizó un clavo de hierro a la solución. Se dejó
reposar durante 10 minutos
2. Se retiró el clavo y se le examino:
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5. a) La solución no cambio de color salvo que habían partículas del clavo
mezcladas junto con ella.
b) hubieron cambios notables en el clavo.
CALENTAMIENTO DE VIDRIO
Se tomo una pequeña varilla de vidrio sujetándola del extremo con unas pinzas y
se expuso a la llama del mechero. El cambio que ocurrió resulto ser físico debido a
que no sufrió transformación a nivel molecular, es decir, que las moléculas no se
modificaron como suele ocurrir en un cambio químico.
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6. REACCION DEL Zn CON EL HCl
Dentro de un tubo de ensayo se introdujo una granalla de cinc con ayuda de una
espátula. Después se le agregaron unas gotas de ácido clorhídrico (HCl).
a) El pedazo de cinc al ser expuesto al HCl reacciono de inmediato, se
podría decir que se sublimo, esto significa que paso de solido a gas en
tan solo unos segundos.
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7. b) El tipo de cambio en este caso fue físico puesto que solo su estado de
agregación sufrió cambios más no sus moléculas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
CONCLUSION
Los elementos se combinan con otros y generar compuestos nuevos, modificando
sus propiedades iníciales. La materia se encuentra bajo constantes cambios ya
sean químicos o físicos. Todos estos cambios son importantes, ya que el inicio de
un cambio puede ser también el comienzo de un ciclo ya sea químico, o
bioquímico, esencial para la vida de muchos organismos incluyendo al ser humano.
La distinción de estos cambios entre físicos y químicos requieren más que de
observación, y gracias al conocimiento adquirido con anterioridad y a la discusión
grupal logramos obtener los resultados certeros de cada uno de los procesos
realizados durante nuestra práctica.
CUESTIONARIO
1. Determine si cada uno de los siguientes procesos es ante todo un cambio
físico o químico, y explique brevemente:
a) La escarcha que se forma al bajar la temperatura en una noche húmeda de
invierno.
Es un proceso físico ya que al cambiar la temperatura del ambiente, el agua
cambia su estado de agregación.
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8. b) Una planta de maíz crece de una semilla regada y fertilizada.
Cambio químico debido a que la planta al tomar los nutrientes del fertilizante y del
suelo modifica su composición, tomando solamente lo que necesita y dejando los
residuos.
c) La explosión de dinamita que forma una mezcla de gases.
Cambio químico ya que esto es una reacción química ya que se mezclan los
compuestos necesarios para crear una combustión.
d) La transpiración que se evapora cuando se toma un descanso después
de correr.
Cambio físico las sales del cuerpo se solidifican al evaporarse el agua que
traspiramos en forma de sudor.
e) Un tenedor de plata que se oscurece en el aire.
Cambio físico debido a que el agua que se transpiro lo único que hace es
evaporarse y no se modifica la molécula.
f) Desprendimiento de vapores violetas que aparecen cuando se calienta
yodo
Cambio físico el yodo se sublima únicamente.
g) La ignición de vapores de gasolina por una chispa en el cilindro de un
motor.
Cambio químico al generarse el desprendimiento de vapores mediante una
combustión.
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9. h) La formación de una costra en una herida abierta.
Cambio químico debido a la deposición de colágeno, la formación de tejido granular
y la contracción de la herida
2. Identifique propiedades físicas y químicas en los siguientes enunciados:
a) El calentamiento del óxido de mercurio naranja produce mercurio líquido
plateado y oxígeno gaseoso incoloro.
b) El hierro de la chatarra de los coches lentamente forma una frágil costra café
rojiza. Oxidación y es una propiedad química
3. ¿Cuál de los siguientes cambios puede revertirse con un cambio de
temperatura (es decir, cuáles son cambios físicos)?
a) El rocío condensándose en una hoja. Físico ya que el agua no sufre
alteración alguna.
b) Un huevo que se vuelve duro al hervirlo. No es físico debido a que el huevo
paso por combustión
c) Un helado derritiéndose. Físico porque solo se altero su estado de
agregación.
d) Una porción de masa sobre una plancha caliente. No es físico ya que no
puede regresar a su forma original, debido a que sufrió alteraciones en su
composición.
4. ¿Cómo sabemos cuándo se ha producido una reacción química? Cuando la
materia sufre alteraciones en su composición.
5. ¿Cómo se representan las reacciones químicas? Las reacciones química
utilizan como fundamento la tabla periódica de los elementos, donde se forman por
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10. grupos que a su vez dependen de las valencias, es decir de el número de átomos
de un elemento químico.
BIBLIOGRAFÍA
R. Chang. "Química". 1999. McGraw-Hill, México.
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11. ANEXOS
Descubren un nuevo estado de la materia denominado supersólido
Por Eduardo Martínez.
Los átomos de helio se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez
Científicos de la Universidad de Pennsylvania han descubierto una forma
supersólida de helio-4 con todas las propiedades de un superfluido, lo que puede
implicar el descubrimiento de un nuevo estado de la materia en el que los átomos
se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez. Si el experimento llegara a
establecerse como definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia
(sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturaleza
superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas las
partículas se condensan en determinadas condiciones en un mismo estado
cuántico. El experimento plantea también nuevos interrogantes acerca de las
fronteras reales del universo cuántico.
Dos físicos de la Penn State University de Pennsylvania, el profesor Moses Chan y
el estudiante Eun-Seong Kim, han descubierto una nueva fase de la materia, una
forma supersólida del helio-4, que tiene todas las propiedades de un superfluido. La
nueva fase de la materia es una forma ultrafría, supersólida, de helio-4.
El helio-4 congelado se comporta como una combinación de sólido y súperfluido.
Según sus descubridores, es la primera vez que se obtiene en laboratorio un
material sólido con las características de un superfluido.
Los investigadores explican que su material es un sólido porque todos los átomos
del helio-4 quedan congelados en una película cristalina rígida, tal como ocurre con
los átomos y las moléculas de un cuerpo sólido normal como es el hielo. Sin
embargo, en el caso del helio esta congelación de los átomos no implica que estén
inmóviles.
Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un décimo de grado
sobre el cero absoluto), la película que forma comienza a experimentar las leyes de
la mecánica cuántica.
En ese momento, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran
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12. sólidos y fluidos a la vez. Una parte de los átomos de helio comienza a moverse a
través de la película como una sustancia conocida como súperfluido, un líquido que
se mueve sin ninguna fricción. Dado que es un sólido con propiedades de
superfluído, los investigadores han denominado a este nuevo estado de la materia
“supersólido”.
Lo que se desprende de este experimento es que cuando el helio-4 se enfría a
temperaturas extremas, la condensación Bose-Einstein lo convierte en un
superfluido. Aunque la teoría predice que la superfluidez sólo puede existir en el
helio-4 sólido, la fase supersólida nunca se había comprobado en un experimento,
que es lo que han hecho los científicos de Pennsylvania.
Un superfluido es un líquido que fluye sin fricción interna. Para que un líquido sea
superfluido, sus átomos o moléculas deben ser enfriados o "condensados" hasta
que alcanzan el mismo estado quántico.
La superfluidez, especialmente la que existe en el helio-3, es análoga a la
superconductividad convencional de baja temperatura, en la cual los electrones
fluyen a través de ciertos metales y aleaciones sin resistencia.
Leyes cuánticas
La materia está estructurada por átomos que obedecen las leyes de la mecánica
cuántica. A temperaturas normales estas leyes concuerdan con las nociones
clásicas, y las partículas de un gas se comportan como un grupo de bolas de tenis
encerradas en una caja, chocando continuamente unas con otras.
Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura comienza a manifestarse el
carácter cuántico de los átomos: a temperaturas suficientemente bajas, algunas de
las partículas subatómicas (más particularmente los bosones) tienden a
acumularse en el estado cuántico energéticamente más bajo, conformando la así
llamada condensación de Bose-Einstein.
La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico que se manifiesta a
escalas macroscópicas. Describe un nuevo estado de la materia que ya fue
predicho por Albert Einstein en los años veinte del siglo pasado, al mismo tiempo
que se desarrollaba la teoría de la mecánica cuántica.
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13. Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, de la Universidad de Colorado (USA), y Wolfgang
Ketterle, del Massachusetts Institute of technology (USA), comprobaron la
veracidad de la condensación Bose-Einistein y recibieron por ello el Premio Nobel
de Física en 2001.
Superátomo, supersólido
A medida que la temperatura desciende, comienza a emerger el carácter
ondulatorio de los átomos. Así, las diferentes ondas de materia pueden unirse unas
con otras y coordinar su estado produciendo la condensación de Bose-Einstein.
En ese sentido, se suele decir que la condensación Bose-Einstein produce un
superátomo, ya que todo el sistema debidamente enfriado queda descrito por una
única función de onda, exactamente como ocurre con un solo átomo. También se
puede hablar de materia coherente como ocurre con la luz coherente en el caso de
un láser
Esto es precisamente lo que consiguieron los investigadores de Pennsylvania con
el helio-4, ya que al ser solidificado a la temperatura adecuada (-273 grados
Celsius) todas sus partículas alcanzaron un mismo estado quántico, fluyendo
continuamente, por lo que denominan a este estado supersólido.
Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Pennsylvania, los
investigadores recurren al siguiente ejemplo para explicar el significado del
experimento: las personas que viajan en el metro están tan apretadas que apenas
pueden moverse. Pero si alcanzaran la fluidez del helio-4 a una temperatura
adecuada, las personas del metro podrían moverse libremente por el vagón sin
tocar a los demás viajeros.
Reforzada la condensación Bose-Einstein
Esto es lo que ha sucedido a nivel de los átomos del helio-4 y sólo puede
explicarse porque las partículas subatómicas del helio se comportan como ondas a
determinadas temperaturas, ya que, como comprobaron los investigadores, una
ligera modificación de la temperatura reduce de nuevo el helio a su estado natural.
Es como si a los pasajeros del metro, una vez se hubieran acomodado para el
viaje, perdieran la fluidez quedando inmovilizados en sus respectivos espacios
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14. debido a un ligero cambio en la temperatura ambiente.
Si el experimento de los investigadores de Pennsylvania, publicado en la
revista Nature, llegara a repetirse y a establecerse como definitivo, se confirmaría
que los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un
nuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-
Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en un mismo estado
cuántico.
A lo largo del siglo pasado, se descubrieron otros fenómenos que pueden
interpretarse también como manifestación de la condensación de Bose-Einstein.
Por otro lado, en los últimos años han sido diversos los esfuerzos por descubrir
nuevos estados de la materia, particularmente en lo que se refiere a los quarks,
partículas que en vez de unirse para formar otras más complejas, permanecen
libres en un aparente nuevo estado de la materia.
Respecto a los bosones, asimismo, diferentes experimentos realizados durante los
últimos 15 años sugieren que estas partículas pueden existir como un metal, lo que
contradice el sentido común y obliga a hablar también de un nuevo estado de la
materia.
También los láseres
Por último, una de les líneas de investigación más candentes en la física actual es
la utilización de haces de luz láser para manipular los átomos y conseguir nuevos
estados de la materia, como los condensados de Bose-Einstein.
Este uso del láser puede servir también para conseguir superposición de
electrones, los así llamados qubits (contracción de quantum y bits, bits cuánticos de
información con más posibles valores que los clásicos 1 y 0). Estos qubits
presentan un gran interés para la computación cuántica y para otros muchos
ámbitos de la ciencia.
La condensación de Bose-Einstein, después del experimento de Pennsylvania, se
refuerza aún más como un nuevo campo de la Física en el que el control del
comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre un inmenso
abanico de aplicaciones, al mismo tiempo que plantea nuevos interrogantes sobre
las fronteras reales del Universo cuántico.
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15. Las posibles aplicaciones van desde el desarrollo de interferometría atómica
ultraprecisa y el empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras de
gran precisión, hasta la obtención de relojes atómicos mucho más fiables que los
actuales.
Fronteras cuánticas
Sin embargo, aparte de las posibles aplicaciones, el caso del helio confirma que el
comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica es más
sorprendente de lo que originalmente se había pensado.
Recientemente publicamos en [Tendencias]article: que científicos austriacos
habían comprobado que las moléculas de tetrafenilporfirina tienen
comportamientos ondulatorios similares a los de las partículas subatómicas, lo que
planteaba dudas sobre las fronteras reales del universo cuántico.
Dado que la condensación Bose-Einstein ocurre también a nivel macroscópico, las
sorprendentes propiedades del helio replantean la cuestión de hasta qué nivel de
realidad rigen las leyes de la mecánica cuántica, que están en abierta contradicción
con las leyes físicas conocidas.
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